CN216086839U - 像素结构、图像传感器和电子设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出一种像素结构、图像传感器和电子设备，像素结构包括多个第一像素和多个第二像素，第一像素中采用阵列排布的高灵敏度的第一光电转换元件，第二像素中采用阵列排布的低灵敏度的第二光电转换元件，从而实现图像传感器兼容识别高亮信息和弱光信息的目的，提高动态范围；第一光电转换元件和第二光电转换元件采用独立的输出电路的设计方式，实现电信号的单独输出，互不干扰，提高了识别的可靠性及信号利用的灵活性；基于本实用新型像素结构的布局设计，还可以有效提高图像传感器的整体性能。

Description

像素结构、图像传感器和电子设备

技术领域

本实用新型属于图像传感器技术领域，尤其涉及一种像素结构、图像传感器和电子设备。

背景技术

图像传感器是组成数字摄像头的重要组成部分。根据元件的不同，可分为CCD(Charge-coupled Device，电荷耦合元件)和CMOS(Complementary Metal OxideSemiconductor，金属氧化物半导体元件)两大类。随着CMOS集成电路制造工艺特别是CMOS图像传感器设计及制造工艺的不断发展，CMOS图像传感器已经逐渐取代CCD图像传感器成为主流，CMOS图像传感器相比较具有工业集成度更高、功率更低等优点。

现有标准图像传感器具有大致60dB至70dB的有限动态范围。然而，现实世界的亮度的动态范围要大得多。自然景象通常跨越90dB及以上的范围。为同时捕获强光及阴影，已在图像传感器中使用了高动态范围(HDR)技术来增大所捕获的动态范围。增大动态范围的最常见技术为将用标准(低动态范围)图像传感器捕获的多个曝光合并成单个线性高动态图像，所述单个线性高动态范围图像具有比单个曝光图像大得多的动态范围。然而，现有技术难以再兼顾图像传感器性能的同时使得动态范围得以有效提升。另外，有时需要拍摄具有闪烁的环境，如汽车上配备了多种车载装置，其中包括用于识别交通标志的图像传感器，其中，交通标志中包括闪烁频率极高的LED灯构成的信号灯。传统的车载用图像传感器通过采用单一像素进行识别，在面对弱光信息和高亮信息时无法兼容识别，造成对交通标志的误判，进而可能造成重大的交通事故。

因此，如何提供一种像素结构、图像传感器和电子设备，以解决现有技术中的上述问题实属必要。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种图像传感器，旨在解决传统图像传感器动态范围难以得到有效提升以及存在的无法兼容识别弱光信息和高亮信息等问题。

本实用新型实施例的第一方面提了一种像素结构，包括多个第一像素和多个第二像素，其中，所述第一像素包括：

第一光电转换元件，所述第一光电转换元件呈阵列排布；

第一传输晶体管，耦接至第一浮动扩散区，用于将所述第一光电转换元件累积的电荷转移至所述第一浮动扩散区；

第一输出电路，耦接至所述第一浮动扩散区，用于对所述第一浮动扩散区的电压信号进行输出；

所述第二像素包括：

第二光电转换元件，所述第二光电转换元件呈阵列排布，且所述第二光电转换元件的灵敏度小于所述第一光电转换元件的灵敏度；

第二传输晶体管，耦接至第二浮动扩散区，用于将所述第二光电转换元件累积的电荷转移至所述第二浮动扩散区；

第二输出电路，耦接至所述第二浮动扩散区，用于对所述第二浮动扩散区的电压信号进行输出。

可选地，所述第二像素还包括：

电荷存储器件，所述电荷存储器件的一端耦接至所述第二浮动扩散区，所述电荷存储器件的另一端接地或接可变电压。

可选地，每一所述第二光电转换元件设置于四个阵列排布的所述第一光电转换元件的中心位置，且相邻两行和/或两列的所述第二光电转换元件之间对应设置有相邻的两行和/或两列的所述第一光电转换元件。

可选地，所述第一光电转换元件分为多个第一光电转换元件组，多个所述第一光电转换元件组呈阵列排布，每一所述第一光电转换元件组包括相邻行相邻列排布的四个所述第一光电转换元件，每一所述第二光电转换元件设置于每一所述第一光电转换元件组的四个所述第一光电转换元件的中心位置，且相邻所述第一光电转换元件组之间未设置所述第二光电转换元件；

每一所述第一光电转换元件组内的各所述第一光电转换元件分别通过一所述第一传输晶体管耦接至同一所述第一浮动扩散区和同一所述第一输出电路。

可选地，同一所述第一浮动扩散区包括四个与所述第一光电转换元件对应耦接的浮动扩散节点；和/或，同一所述第一输出电路包括四个与所述第一光电转换元件对应耦接的子输出电路。

可选地，所述像素结构还包括：

第一透镜，每一所述第一透镜覆盖在每一所述第一光电转换元件组上并将入射到所述第一光电转换元件上和所述第二光电转换元件上的光聚焦；

和/或，所述像素结构还包括：

多个第一滤色器，每一所述第一滤色器相对于每一所述第一光电转换元件组以及对应位于其中心位置的所述第二光电转换元件设置，其中，多个第一滤色器分为多组第一滤色器组，每一组第一滤色器组包括阵列排布的透射不同颜色的波长分量的四个第一滤色器。

可选地，所述像素结构还包括：

第一透镜，每一所述第一透镜覆盖每一所述第一光电转换元件上并将入射到所述第一光电转换元件的光聚焦；

第二透镜，每一所述第二透镜覆盖在每一所述第二光电转换元件上，将入射至对应所述第二光电转换元件的光聚焦；

和/或，所述像素结构还包括：

多个第一滤色器，每一所述第一滤色器相对于每一所述第一光电转换元件设置，其中，多个第一滤色器分为多组第一滤色器组，每一组第一滤色器组包括阵列排布的透射不同颜色的波长分量的四个第一滤色器；

多个第二滤色器，每一所述第二滤色器相对于每一所述第二光电转换元件设置，其中，多个第二滤色器分为多组第二滤色器组，每一组第二滤色器组包括阵列排布的透射不同颜色的波长分量的四个第二滤色器。

可选地，所述像素结构还包括：

虚拟透镜，位于四个所述第一透镜的中心位置，所述虚拟透镜及所述第二透镜填充任意四个所述第一透镜的中心位置。

可选地，每一所述第一光电转换元件组中的四个第一光电转换元件矩阵设置并形成行方向的间隔区域和列方向的间隔区域；

与每一所述第一光电转换元件组中的各第一光电转换元件连接的第一传输晶体管以一倾斜角度设置于其相应的所述第一光电转换元件的角部，并通过连接线与同一所述第一浮动扩散区及同一所述第一输出电路连接，所述第一输出电路沿每一所述第一光电转换元件组中的行方向和/或列方向的间隔区域设置。

可选地，所述第一光电转换元件分为多个第一光电转换元件组，多个所述第一光电转换元件组阵列排布，每一所述第一光电转换元件组包括相邻行相邻列排布的四个所述第一光电转换元件，每一所述第二光电转换元件设置于相邻行相邻列排布的四个所述第一光电转换元件组的中心位置；

每一所述第一光电转换元件组内的各所述第一光电转换元件分别通过一所述第一传输晶体管耦接至同一所述第一浮动扩散区和同一所述第一输出电路。

可选地，同一所述第一浮动扩散区包括所述第一光电转换元件两两共享的两个共享浮动扩散节点；和/或，同一所述第一输出电路包括四个所述第一光电转换元件共享的共享输出电路。

可选地，所述像素结构包括：

第一透镜，每一所述第一透镜覆盖在所述第一光电转换元件组上，并将入射到所述第一光电转换元件的光聚焦；

第二透镜，每一所述第二透镜覆盖在每一所述第二光电转换元件上，并将入射到所述第二光电转换元件的光聚焦；

和/或，所述像素结构还包括：

多个第一滤色器，每一所述第一滤色器相对于每一所述第一光电转换元件组设置，其中，多个第一滤色器分为多组第一滤色器组，每一组第一滤色器组包括阵列排布的透射不同颜色的波长分量的四个第一滤色器；

多个第二滤色器，每一所述第二滤色器相对于每一所述第二光电转换元件设置，其中，多个第二滤色器分为多组第二滤色器组，每一组第二滤色器组包括阵列排布的透射不同颜色的波长分量的四个第二滤色器。

可选地，每一所述第一光电转换元件组中的四个第一光电转换元件矩阵设置并形成行方向的间隔区域和列方向的间隔区域，与每一所述第一光电转换元件组中的各第一光电转换元件连接的第一传输晶体管以一倾斜角度设置于其相应的所述第一光电转换元件的角部围成一开口，并通过连接线与同一所述第一浮动扩散区及同一所述第一输出电路连接，所述第一输出电路沿每一所述第一光电转换元件组中的行方向和/或列方向的间隔区域设置。

可选地，所述第一光电转换元件分为多个第一光电转换元件组，多个第一光电转换元件组呈阵列排布，每一所述第一光电转换元件组包括两列相邻排布的两个第一光电转换元件，每一所述第二光电转换元件设置于相邻行相邻列排布的四个所述第一光电转换元件组的中心位置，且相邻两列所述第二光电转换元件之间设置有相邻两列的所述第一光电转换元件；

每一所述第一光电转换元件组内的各所述第一光电转换元件分别通过一所述第一传输晶体管耦接至同一所述第一浮动扩散区和同一所述第一输出电路。

可选地，同一所述第一浮动扩散区包括两个所述第一光电转换元件两两共享的共享浮动扩散节点；和/或，同一所述第一输出电路包括两个所述第一光电转换元件共享的共享输出电路。

可选地，所述像素结构包括：

第一透镜，每一所述第一透镜覆盖在每一所述第一光电转换元件上，并将入射到所述第一光电转换元件的光聚焦；

第二透镜，每一所述第二透镜覆盖在每一所述第二光电转换元件上，并将入射至所述第二光电转换元件的光聚焦；

和/或，所述像素结构包括：

多个第一滤色器，每一所述第一滤色器相对于每一所述第一光电转换元件设置，其中，多个第一滤色器分为多组第一滤色器组，每一组所述第一滤色器组包括阵列排布的透射不同颜色的波长分量的四个第一滤色器；

多个第二滤色器，每一所述第二滤色器相对于每一所述第二光电转换元件设置，多个第二滤色器分为多组第二滤色器组，其中，每一组所述第二滤色器组包括阵列排布的透射不同颜色的波长分量的四个第二滤色器，或者，包括阵列排布的透射不同颜色的波长分量的八个第二滤色器。

可选地，每一第一光电转换元件组中的两个第一光电转换元件沿列方向排布形成行方向的间隔区域，相邻两组第一光电转换元件组沿行方向排布形成列方向的间隔区域；

与每一所述第一光电转换元件组中的各第一光电转换元件连接的第一传输晶体管以一倾斜角度设置于其相应的所述第一光电转换元件的角部，并通过连接线与同一所述第一浮动扩散区及同一所述第一输出电路连接，每一所述输出电路沿每一所述第一光电转换元件组中的行方向的间隔区域和/或对应的相邻两组第一光电转换元件组的列方向的间隔区域设置。

本实用新型另一方面还提供一种图像传感器，包括如上述方案中任意一项所述的像素结构。

本实用新型再一方面还提供一种电子设备，包括如上述方案中任意一项所述的图像传感器。

本实用新型采用第一像素和第二像素，第一像素中采用阵列排布的灵敏度高(如大面积)的第一光电转换元件曝光并获取弱光信息，第二像素中采用阵列排布的低灵敏度(如小面积)的第二光电转换元件曝光并获取高亮信息，从而实现图像传感器兼容识别高亮信息和弱光信息的目的，提高动态范围；另外，第一光电转换元件和第二光电转换元件采用独立的输出电路的设计方式，实现电信号的单独输出，互不干扰，提高了识别的可靠性及信号利用的灵活性；此外，基于本实用新型像素结构的布局设计，还可以有效提高图像传感器的整体性能。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的像素结构的第一种像素电路示意图；

图2为本实用新型实施例提供的像素结构的第二种像素电路示意图；

图3为本实用新型实施例提供的像素结构的第一种结构示意图；

图4为本实用新型实施例提供的像素结构的第二种结构示意图；

图5为本实用新型实施例提供的像素结构的第三种结构示意图；

图6为本实用新型实施例提供的像素结构的第四种结构示意图；

图7为本实用新型实施例提供的像素结构的第五种结构示意图；

图8为本实用新型实施例提供的像素结构的第六种结构示意图；

图9为本实用新型实施例提供的像素结构的第七种结构示意图；

图10为本实用新型提供的一种像素结构的布局示意图；

图11为本实用新型提供的另外一种像素结构的布局示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

实施例一：

本实用新型实施例的第一方面提了一种像素结构。

本实用新型提供的像素结构包括多个第一像素和多个第二像素，如图1或者图2所示，第一像素包括：

第一光电转换元件P1，以将光信号转换为电信号，可以用于曝光并捕捉弱光信息，第一光电转换元件P1阵列排布；另外，第一光电转换元件P1包括但不限于光电二极管，如可以是Pin型光电二极管。

第一传输晶体管TX1，第一传输晶体管TX1耦接至第一浮动扩散区，用于将第一光电转换元件P1累积的电荷转移至第一浮动扩散区。需要说明的是，第一浮动扩散区可以是一个共享的电荷收集区域，也可以是由若干个浮动扩散点构成，各个浮动扩散点收集的电荷即为第一浮动扩散区收集的电荷。

第一输出电路，第一输出电路耦接至第一浮动扩散区，用于对第一浮动扩散区的电压信号进行输出；例如，第一输出电路可以包括第一复位晶体管RST1，耦接至第一电压端VDD1并用于重置第一浮动扩散区的电压；另外，第一输出电路还可以进一步包括第一行选择晶体管RS1和第一源极跟随二极管SF1，第一源极跟随二极管SF1的栅极连接至第一浮动扩散区。当然，第一输出电路还可以是其他现有的用于图像传感器电荷信号输出的电路结构。

第二像素包括：第二光电转换元件P2，以将光信号转换为电信号，可以用于曝光并捕捉高亮光信息，第二光电转换元件P2阵列排布，另外，第二光电转换元件P2包括但不限于光电二极管，如可以是Pin型光电二极管。

其中，第二光电转换元件的灵敏度小于所述第一光电转换元件的灵敏度。可以使第一光电转换元件P1的光接受面对应的面积大于第二光电转换元件P2的光接受面的面积，使第二光电转换元件具有更低的灵敏度。

第二传输晶体管TX2，第二传输晶体管TX2耦接至第二浮动扩散区，用于将第二光电转换元件P2累积的电荷转移至第二浮动扩散区。

第二输出电路，第二输出电路耦接至第二浮动扩散区，用于对第二浮动扩散区的电压信号进行输出。例如，第二输出电路可以包括第二复位晶体管RST2，耦接至第二电压端VDD2并用于重置第二浮动扩散区的电压；另外，第二输出电路还可以进一步包括第二行选择晶体管RS2和第二源极跟随二极管SF2，第二源极跟随二极管SF2的栅极连接至第二浮动扩散区。当然，第二输出电路还可以是其他现有的用于图像传感器电荷信号输出的电路结构。

另外，作为示例，第一像素和第二像素还可以分别与行驱动电路和列驱动电路耦接，其中，行驱动电路用于向第一像素和第二像素提供行控制信号，列驱动电路用于向第一像素和第二像素提供列选择信号。

工作时，行驱动电路通过行信号总线分别输出不同的控制信号至各晶体管，以控制对应的晶体管导通和关断，进而选择输出各列信号总线的电信号至后端信号处理单元，以及对对应的浮动扩散区进行复位初始化等。

大面积的第一光电转换元件P1可以通过持续曝光并获取弱光信息，小面积的第二光电转换元件P2可以通过持续曝光并获取高亮信息，从而实现图像传感器兼容识别高亮信息和弱光信息的目的，进而实现识别不同光亮的交通标志，提高识别精准度。当然，第二光电转换元件P2也可以采用间断曝光的方式工作。另外，第一光电转换元件P1和第二光电转换元件P2采用独立的输出电路结构，实现电信号的单独输出，互不干扰，提高了识别的可靠性及信号利用的灵活性。

作为示例，第二像素还包括：电荷存储器件(例如，可以是电容C)，电荷存储器件的一端耦接至第二浮动扩散区，另一端接地或者接可变电压。其中，电荷存储元件可以用于存储由第二传输晶体管TX2产生的电荷；从而有利于提高第二像素的满阱容量，在降低光电转换元件灵敏度的同时提高满阱。可选地，电容C可为单独的电容器件或者为寄生电容。

在一示例中，每一第二光电转换元件P2设置于四个阵列排布的第一光电转换元件P1的中心位置。进一步，相邻两行的第二光电转换元件P2之间设置有相邻两行的第一光电转换元件P1，也就是说，相邻两行的第二光电转换元件P2之间具有两行相邻设置的第一光电转换元件P1；或者，相邻两列的第二光电转换元件P2之间设置有相邻两列的第一光电转换元件P1；或者，相邻两行的第二光电转换元件P2之间设置有相邻两行的第一光电转换元件P1，同时，相邻两列的第二光电转换元件P2之间设置有相邻两列的第一光电转换元件P1。

需要说明的，这里“相邻两行的第二光电转换元件P2之间”是根据实施例附图本领域技术人员可以理解的位置，其并非严格代表两行第二光电转换元件P2相对形成空间，例如，之间可以理解为两行第二光电转换元件P2中相对的第二光电转换元件P2的中心之间的区域。

具体来说，第一光电转换元件P1阵列排布，第二光电转换元件P2阵列排布，每一第二光电转换元件P2设置于四个阵列排布的第一光电转换元件P1的中心位置且相邻两行和/两列的第二光电转换元件P2之间对应设置有相邻两行和/活两列的第一光电转换元件P1。其中，一个第二光电转换元件P2可对应两个第一光电转换元件P1或者对应四个第一光电转换元件P1设置。

如图3所示，相邻行相邻列的四个第一光电转换元件组成一个第一光电转换元件组，第一光电转换元件组的中心位置设置一个第二光电转换元件P2；或者，如图7所示，两列单行的两个第一光电转换元件组成一个第一光电转换元件组，行方向排布的两个第一光电转换元件组之间形成由两个第二光电转换元件P2。当然，对于第一光电转换元件P1和第二光电转换元件P2的具体分布结构可以根据本实用新型技术方案的设计而依据实际需求具体设定。

同时，设置在第二光电转换元件P2的多个第一光电转换元件P1可根据布局方式对应分别通过传输晶体管耦接至同一浮动扩散区，即，多个第一光电转换元件P1耦合至第一浮动扩散区，对应的，第二光电转换元件P2耦合至第二浮动扩散区。进一步，两种类型的光电转换元件分别通过同一输出电路输出电压信号。例如，如图1所示，四个第一光电转换元件P1通过各自的传输晶体管耦接至第一浮动扩散区，第二光电转换元件P2通过对应的传输晶体管耦接至第二浮动扩散区；或者如图2所示，两个第一光电转换元件P1通过各自的传输晶体管耦接至第一浮动扩散区，第二光电转换元件P2通过对应的传输晶体管耦接至第二浮动扩散区。另外，在其他实施例中，具体并联个数可以根据第一光电转换元件P1和第二光电转换元件P2的分布及需求具体设定。

另外，第一输出电路的输出端和第二输出电路的输出端可共接至同一输出总线上(如图1和图2所示)，或者，二者可以分开连接至不同输出总线上，具体可以根据图像传感器的布局以及实际需求对应设置。

第一光电转换元件P1和第二光电转换元件P2交叉阵列排布，相邻行和相邻列的第一光电转换元件P1和第二光电转换元件P2之间预留有多个有源区，各传输晶体管、各复位晶体管、各行选择晶体管和各源极跟随二极管对应设置在临近的光电二极管的有源区，从而构成对应的大小像素。

实施例二

在实施例一的基础上进行细化，如图3所示，在一个实施例中，参见图4和6所示，第一光电转换元件P1分为多个第一光电转换元件组，多个第一光电转换元件组阵列排布，每一第一光电转换元件组包括相邻行相邻列排布的四个第一光电转换元件P1，每一第二光电转换元件P2设置于每一第一光电转换元件组的四个第一光电转换元件P1的中心位置，进一步，每一所述第二光电转换元件设置于每一所述第一光电转换元件组的四个所述第一光电转换元件的中心位置，且相邻第一光电转换元件组之间未设置第二光电转换元件P2；

每一第一光电转换元件组内的各第一光电转换元件P1分别通过一第一传输晶体管TX1耦接至同一第一浮动扩散区和同一第一输出电路。

本实施例中，每四个相邻行相邻列的第一光电转换元件P1构成一个第一光电转换元件组，同时，每一组内的四个第一光电转换元件P1通过各自的传输晶体管耦接至同一第一浮动扩散区，对应连接的四个第一传输晶体管TX1接收同一控制信号并同步导通或者关断，进而将四个第一光电转换元件P1的电荷反馈至同一第一浮动扩散区，并通过共同耦接的第一输出电路输出电压信号，实现第一像素的功能。

作为示例，同一所述第一浮动扩散区包括四个与所述第一光电转换元件P1对应耦接的浮动扩散节点；也就是说，每个第一光电转换元件P1对应一个传输晶体管，并且，对应一个浮动扩散点，进而，一个第一光电转换元件组中，四个浮动扩散点构成了一第一浮动扩散区。

作为示例，同一所述第一输出电路包括四个与所述第一光电转换元件P1对应耦接的子输出电路。也就是说，该示例中，每个第一光电转换元件P1对应一个子输出电路，进而，一个第一光电转换元件组中，四个子输出电路构成了一第一输出电路。在一可选示例中，每一个子输出电路可以包括复位晶体管、源级跟随晶体管以及行选择晶体管。

同时，基于图3所示的阵列结构，为了实现光信号的入射以及对不同颜色的光信号的透射，在一个实施例中，如图4所示，像素结构还包括：

第一透镜ML1，每一第一透镜ML1覆盖在每一第一光电转换元件组上并将入射到第一光电转换元件P1上和第二光电转换元件P2上的光聚焦。

另外，像素结构还可以包括多个第一滤色器，每一第一滤色器相对于每一第一光电转换元件组(如，也可以是第一透镜ML1)设置，其中，多个第一滤色器分为多组第一滤色器组，每一组第一滤色器组包括阵列排布的透射不同颜色的波长分量的四个第一滤色器。

作为示例，每一组第一滤色器组包括阵列排布的一个透射蓝色的波长分量的第一滤色器、两个透射绿色的波长分量的第一滤色器和一个透射红色的波长分量的第一滤色器，可以形成RGGB拜耳阵列。当然，也可以是其他可行排布。

本实施例中，第一光电转换元件组的各第一光电转换元件P1及设置在第一光电转换元件组内的第二光电转换元件P2设置有相同的第一透镜ML1和第一滤色器，相邻行和相邻列的第一光电转换元件组设置不同的第一滤色器，进而对不同颜色的不同波长分量进行透射，在光电二极管上产生不同大小的电荷。

同时，基于图3所示的阵列结构，为了实现光信号的入射以及对不同颜色的光信号的透射，在另一个实施例中，如图6所示，像素结构还包括：

第一透镜ML1，每一第一透镜ML1覆盖在相邻行相邻列排布的四个每一第一光电转换元件组中相邻四个第一光电转换元件P1上，并将入射到第一光电转换元件P1的光聚焦；

第二透镜ML2，每一第二透镜ML2覆盖在每一第二光电转换元件P2上，并将入射到第二光电转换元件P2的光聚焦。

另外，像素结构还可以包括：

多个第一滤色器，每一第一滤色器相对于每一第一透镜ML1设置，其中，多个第一滤色器分为多组第一滤色器组，每一组第一滤色器组包括阵列排布的透射不同颜色的波长分量的四个第一滤色器；

多个第二滤色器，每一第二滤色器相对于每一第二光电转换元件P2的光接收面设置，其中，多个第二滤色器分为多组第二滤色器组，每一组第二滤色器组包括阵列排布的透射不同颜色的波长分量的四个第二滤色器。

作为示例，每一组第一滤色器组包括阵列排布的一个透射蓝色的波长分量的第一滤色器、两个透射绿色的波长分量的第一滤色器和一个透射红色的波长分量的第一滤色器，可以形成RGGB拜耳阵列。当然，也可以是其他可行排布。

作为示例，每一组第二滤色器组包括阵列排布的一个透射蓝色的波长分量的第一滤色器、两个透射绿色的波长分量的第一滤色器和一个透射红色的波长分量的第一滤色器，可以形成RGGB拜耳阵列。当然，也可以是其他可行排布。

本实施例中，第一透镜ML1覆盖在相邻行相邻列排布的四个每一第一光电转换元件组中相邻四个第一光电转换元件P1上，第一滤色器对应于第一光电转换元件P1(如，也可以是第一透镜ML1)设置。

而设置在第一光电转换元件组内的第二光电转换元件P2独立设置有第二透镜ML2和对应的滤色器。其中，相邻行相邻列的四个第一滤色器可透射蓝色B、绿色Gr、绿色Gb和红色R的波长分量。

作为示例，本实施例中，每一第一光电转换元件P1设置有一对应的第一透镜ML1以及对应的第一滤色器，同时，每一第二光电转换元件P2设置有一对应的第二透镜ML2以及对应的第二滤色器，且为了实现像素结构的平衡和稳定，在第一光电转换元件组之间未设置第二光电转换元件P2的中心位置还覆盖有虚拟透镜ML3，其位于四个所述第一透镜的中心位置，所述虚拟透镜ML3及所述第二透镜ML2填充任意四个所述第一透镜的中心位置。

在实施例一的基础上进行细化，如图3所示，在一个实施例中，参见图5所示，第一光电转换元件P1分为多个第一光电转换元件组，多个第一光电转换元件组阵列排布，每一第一光电转换元件组包括相邻行相邻列排布的四个第一光电转换元件P1，每一第二光电转换元件P2设置于每一第一光电转换元件组的四个第一光电转换元件P1的中心位置，进一步，每一所述第二光电转换元件P2设置于相邻行相邻列排布的四个所述第一光电转换元件组的中心位置，且相邻第一光电转换元件组之间未设置第二光电转换元件P2；

每一第一光电转换元件组内的各第一光电转换元件P1分别通过一第一传输晶体管TX1耦接至同一第一浮动扩散区和同一第一输出电路。

作为示例，同一所述第一浮动扩散区包括所述第一光电转换元件P1两两共享的两个共享浮动扩散节点；也就是说，每个第一光电转换元件P1对应一个传输晶体管，并且，每两个第一光电转换元件P1对应一个浮动扩散点，进而，一个第一光电转换元件组中，两个浮动扩散点构成了一第一浮动扩散区。

作为示例，同一所述第一输出电路包括四个所述第一光电转换元件共享的共享输出电路。也就是说，该示例中，四个第一光电转换元件P1共用一个共享输出电路。在一可选示例中，该共享输出输出电路可以包括复位晶体管、源级跟随晶体管以及行选择晶体管。

作为示例，每一所述第一光电转换元件组中的四个第一光电转换元件矩阵设置并形成行方向的间隔区域和列方向的间隔区域；

与每一所述第一光电转换元件组中的各第一光电转换元件连接的第一传输晶体管以一倾斜角度设置于其相应的所述第一光电转换元件的角部，并通过连接线与同一所述第一浮动扩散区及同一所述第一输出电路连接，所述第一输出电路沿每一所述第一光电转换元件组中的行方向和/或列方向的间隔区域设置，即，所述第一输出电路中的各个晶体管可以设置在所述行方向的间隔区域，或者，设置在所述列方向的间隔区域，或者，在两种间隔区域中均有布置。

同时，基于图3所示的阵列结构，为了实现光信号的入射以及对不同颜色的光信号的透射，在一个实施例中，如图5所示，像素结构还包括：

第一透镜ML1，每一第一透镜ML1覆盖每一第一光电转换元件组上并将入射到第一光电转换元件P1的光聚焦；

第二透镜ML2，第二透镜ML2覆盖在每一所述第二光电转换元件P2上，并将入射至对应第二光电转换元件P2的光聚焦。

另外，像素结构还可以包括：

多个第一滤色器，每一第一滤色器相对于每一第一光电转换元件组设置，多个第一滤色器分为多组第一滤色器组，每一组第一滤色器组包括阵列排布的透射不同颜色的波长分量的四个第一滤色器。该示例中，每一组的四个第一光电转换元件P1对应具有同种颜色滤色器。

多个第二滤色器，每一第二滤色器相对于每一第二光电转换元件P2的光接收面设置，其中，多个第二滤色器分为多组第二滤色器组，每一组第二滤色器组包括阵列排布的透射不同颜色的波长分量的四个第二滤色器。

作为示例，每一组第一滤色器组包括阵列排布的一个透射蓝色的波长分量的第一滤色器、两个透射绿色的波长分量的第一滤色器和一个透射红色的波长分量的第一滤色器，可以形成RGGB拜耳阵列。当然，也可以是其他可行排布。

作为示例，每一组第二滤色器组包括阵列排布的一个透射蓝色的波长分量的第一滤色器、两个透射绿色的波长分量的第一滤色器和一个透射红色的波长分量的第一滤色器，可以形成RGGB拜耳阵列。当然，也可以是其他可行排布。

本实施例中，第一透镜ML1覆盖在相邻行相邻列排布的四个每一第一光电转换元件组中相邻四个第一光电转换元件P1上，第一滤色器对应第一透镜ML1设置，即相邻行相邻列排布的四个每一第一光电转换元件组中相邻四个第一光电转换元件P1上设置有相同的滤色器，可对相同颜色的波长分量进行透射。

而设置在第一光电转换元件组内的第二光电转换元件P2独立设置有第二透镜ML2和对应的滤色器，且相邻行相邻列的四个第一滤色器可透射蓝色B、绿色Gr、绿色Gb和红色R的波长分量。

作为示例，参见图10所示，每一所述第一光电转换元件组中的四个第一光电转换元件矩阵设置并形成行方向的间隔区域和列方向的间隔区域；其中，图10中示出了两组第一光电转换元件形成行方向间隔区域100以及两组第一光电转换元件形成列方向间隔区域200；

其中，与每一所述第一光电转换元件组中的各第一光电转换元件连接的第一传输晶体管以一倾斜角度设置于其相应的所述第一光电转换元件的角部围成一开口，并通过连接线与同一所述第一浮动扩散区SF1及同一所述第一输出电路连接，所述第一输出电路沿每一所述第一光电转换元件组中的行方向和/或列方向的间隔区域设置，其中，图10所示的示例中，第一输出电路沿行方向间隔区域100中，该示例中，第一输出电路包括一个复位晶体管RST1、一个源极跟随晶体管SF1以及一个行选择晶体管RS1。

进一步示例中，可以将第二输出电路布置在列方向和/或行方向间隔区域中，图10所示的示例中，第一输出电路沿列方向间隔区域200中，该示例中，第二输出电路包括一个复位晶体管RST2、一个源极跟随晶体管SF2以及一个行选择晶体管RS2。当然，对于第一输出电路和第二输出电路的布置还可以是实现本实用新型方案的其他布局方式。

实施例三

在实施例一的基础上进行细化，如图7所示，在一个实施例中，第一光电转换元件P1分为多个第一光电转换元件组，多个第一光电转换元件组阵列排布，每一所述第一光电转换元件组包括两列相邻排布的两个第一光电转换元件P1，每一所述第二光电转换元件P2设置于相邻行相邻列排布的四个所述第一光电转换元件组的中心位置，或者说，沿着行方向，相邻两个第一光电转换元件组之间形成由沿列方向排布的两个第二光电转换元件P2，且相邻两列所述第二光电转换元件P2之间设置有相邻两列的所述第一光电转换元件P1；

每一所述第一光电转换元件组内的各所述第一光电转换元件分别通过一所述第一传输晶体管耦接至同一所述第一浮动扩散区和同一所述第一输出电路。

本实施例中，每两个相邻列的第一光电转换元件P1构成一个第一光电转换元件组，同时，每一组内的两个第一光电转换元件P1通过各自的传输晶体管耦接至同一第一浮动扩散区，对应连接的两个第一传输晶体管TX1接收同一控制信号并同步导通或者关断，进而将两个第一光电转换元件P1的电荷反馈至同一第一浮动扩散区，并通过共同耦接的第一输出电路输出电压信号，实现第一像素的功能。

基于图7所示的阵列结构，为了实现对不同颜色的光信号的透射，在另一个实施例中，如图8和图9所示，像素结构还包括：

第一透镜，每一所述第一透镜覆盖在每一所述第一光电转换元件上，并将入射到所述第一光电转换元件的光聚焦；

第二透镜，每一所述第二透镜覆盖在每一所述第二光电转换元件上，并将入射至所述第二光电转换元件的光聚焦。

另外，如图8所示，所述像素结构还可以包括：

多个第一滤色器，每一所述第一滤色器相对于每一所述第一光电转换元件设置，其中，多个第一滤色器分为多组第一滤色器组，每一组所述第一滤色器组包括阵列排布的透射不同颜色的波长分量的四个第一滤色器；

多个第二滤色器，每一所述第二滤色器相对于每一所述第二光电转换元件设置，多个第二滤色器分为多组第二滤色器组，其中，每一组所述第二滤色器组包括阵列排布的透射不同颜色的波长分量的四个第二滤色器。

作为示例，多个第一滤色器，每一第一滤色器相对于每一第一光电转换元件P1设置，其中，多个第一滤色器分为多组第一滤色器组，每一组第一滤色器组包括阵列排布的透射不同颜色的波长分量的四个第一滤色器。每一组第一滤色器组包括阵列排布的一个透射蓝色的波长分量的第一滤色器、两个透射绿色的波长分量的第一滤色器和一个透射红色的波长分量的第一滤色器，可以形成RGGB拜耳阵列。当然，也可以是其他可行排布。

作为示例，每一组第二滤色器组包括阵列排布的一个透射蓝色的波长分量的第一滤色器、两个透射绿色的波长分量的第一滤色器和一个透射红色的波长分量的第一滤色器，可以形成RGGB拜耳阵列。当然，也可以是其他可行排布。

本实施例中，每相邻列的两个第一光电转换元件组构成一个像素单元，通过第一滤色器透射蓝色B、绿色Gr、绿色Gb和红色R的波长分量至第一光电转换元件P1，从而提供对应大小的电压信号，而相邻行的四个第二光电转换元件P2构成一个像素单元，通过第二滤色器透射同一列的蓝色B、绿色Gb和相邻列的绿色Gr、红色R的波长分量至四个第二光电转换元件P2，从而提供对应大小的电压信号。

另外，如图9所示，所述像素结构还可以包括：

多个第一滤色器，每一所述第一滤色器相对于每一所述第一光电转换元件设置，其中，多个第一滤色器分为多组第一滤色器组，每一组所述第一滤色器组包括阵列排布的透射不同颜色的波长分量的四个第一滤色器；

多个第二滤色器，每一所述第二滤色器相对于每一所述第二光电转换元件设置，多个第二滤色器分为多组第二滤色器组，其中，每一组所述第二滤色器组包括阵列排布的透射不同颜色的波长分量的八个第二滤色器。

作为示例，多个第一滤色器，每一第一滤色器相对于每一第一光电转换元件P1设置，其中，多个第一滤色器分为多组第一滤色器组，每一组第一滤色器组包括阵列排布的透射不同颜色的波长分量的四个第一滤色器。每一组第一滤色器组包括阵列排布的一个透射蓝色的波长分量的第一滤色器、两个透射绿色的波长分量的第一滤色器和一个透射红色的波长分量的第一滤色器，可以形成RGGB拜耳阵列。当然，也可以是其他可行排布。

作为示例，每一组第二滤色器组包括阵列排布的两个透射蓝色的波长分量的第一滤色器、四个透射绿色的波长分量的第一滤色器和两个透射红色的波长分量的第一滤色器。当然，也可以是其他可行排布。

本实施例中，每相邻列的两个第一光电转换元件组构成一个像素单元，通过第一滤色器透射蓝色B、绿色Gr、绿色Gb和红色R的波长分量至第一光电转换元件P1，从而提供对应大小的电压信号，而相邻行的八个第二光电转换元件P2构成一个像素单元，通过第二滤色器透射同一列的蓝色B、蓝色B、绿色Gr、绿色Gr和相邻列的绿色Gb、绿色Gb红色R和红色R的波长分量至八个第二光电转换元件P2，从而提供对应大小的电压信号。

作为示例，参见图11所示，每一第一光电转换元件组中的两个第一光电转换元件沿行方向排布形成列方向的间隔区域200，相邻两组第一光电转换元件组沿列方向排布形成行方向的间隔区域100；另外，图11中还示出了相邻两个第一光电转换元件组沿行方向排布形成的列方向间隔区域300；

其中，与每一所述第一光电转换元件组中的各第一光电转换元件连接的第一传输晶体管以一倾斜角度设置于其相应的所述第一光电转换元件的角部，并通过连接线与同一所述第一浮动扩散区及同一所述第一输出电路连接，每一所述输出电路沿每一所述第一光电转换元件组中的行方向的间隔区域和/或对应的相邻两组第一光电转换元件组的列方向的间隔区域设置，图11所示的示例中，第一输出电路分布在了列方向间隔区域200以及行方向间隔区域100中，在一示例中，第一输出电路包括一个复位晶体管RST1、一个源极跟随晶体管SF1以及一个行选择晶体管RS1。

进一步示例中，如图11所示，第二输出电路分布在了列方向间隔区域300以及行方向间隔区域100中，在一示例中，第二输出电路包括一个复位晶体管RST2、一个源极跟随晶体管SF2以及一个行选择晶体管RS2。当然，对于第一输出电路和第二输出电路的布置还可以是实现本实用新型方案的其他布局方式。

实施例四：

本实用新型还提出一种图像传感器，包括如上述方案中任一项所述的像素结构。本实施例中的图像传感器可以是CMOS图像传感器，也可以是其他可以使用前述实施例中所描述的像素结构的任意图像传感器。

实施例五：

本实用新型还提出一种电子设备，如可以是一种车载装置，该车载装置包括图像传感器，该图像传感器的具体结构参照上述实施例，由于本车载装置采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。当然，本实施例中的电子设备还可以是监控设备、机器视觉、无人机、手机以及摄像机等。

以上所述实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (19)

1.一种像素结构，其特征在于，所述像素结构包括多个第一像素和多个第二像素，所述第一像素包括：

第一光电转换元件，所述第一光电转换元件呈阵列排布；

第一传输晶体管，耦接至第一浮动扩散区，用于将所述第一光电转换元件累积的电荷转移至所述第一浮动扩散区；

第一输出电路，耦接至所述第一浮动扩散区，用于对所述第一浮动扩散区的电压信号进行输出；

所述第二像素包括：

第二光电转换元件，所述第二光电转换元件呈阵列排布，且所述第二光电转换元件的灵敏度小于所述第一光电转换元件的灵敏度；

第二传输晶体管，耦接至第二浮动扩散区，用于将所述第二光电转换元件累积的电荷转移至所述第二浮动扩散区；

第二输出电路，耦接至所述第二浮动扩散区，用于对所述第二浮动扩散区的电压信号进行输出。

2.如权利要求1所述的像素结构，其特征在于，所述第二像素还包括：

电荷存储器件，所述电荷存储器件的一端耦接至所述第二浮动扩散区，所述电荷存储器件的另一端接地或接可变电压。

3.如权利要求1所述的像素结构，其特征在于，每一所述第二光电转换元件设置于四个阵列排布的所述第一光电转换元件的中心位置，且相邻两行和/或两列的所述第二光电转换元件之间对应设置有相邻的两行和/或两列的所述第一光电转换元件。

4.如权利要求1所述的像素结构，其特征在于，所述第一光电转换元件分为多个第一光电转换元件组，多个所述第一光电转换元件组呈阵列排布，每一所述第一光电转换元件组包括相邻行相邻列排布的四个所述第一光电转换元件，每一所述第二光电转换元件设置于每一所述第一光电转换元件组的四个所述第一光电转换元件的中心位置，且相邻所述第一光电转换元件组之间未设置所述第二光电转换元件；

每一所述第一光电转换元件组内的各所述第一光电转换元件分别通过一所述第一传输晶体管耦接至同一所述第一浮动扩散区和同一所述第一输出电路。

5.如权利要求4所述的像素结构，其特征在于，同一所述第一浮动扩散区包括四个与所述第一光电转换元件对应耦接的浮动扩散节点；和/或，同一所述第一输出电路包括四个与所述第一光电转换元件对应耦接的子输出电路。

6.如权利要求4所述的像素结构，其特征在于，所述像素结构还包括：

第一透镜，每一所述第一透镜覆盖在每一所述第一光电转换元件组上并将入射到所述第一光电转换元件上和所述第二光电转换元件上的光聚焦；

和/或，所述像素结构还包括：

多个第一滤色器，每一所述第一滤色器相对于每一所述第一光电转换元件组以及对应位于其中心位置的所述第二光电转换元件设置，其中，多个第一滤色器分为多组第一滤色器组，每一组第一滤色器组包括阵列排布的透射不同颜色的波长分量的四个第一滤色器。

7.如权利要求4所述的像素结构，其特征在于，所述像素结构还包括：

第一透镜，每一所述第一透镜覆盖每一所述第一光电转换元件上并将入射到所述第一光电转换元件的光聚焦；

第二透镜，每一所述第二透镜覆盖在每一所述第二光电转换元件上，将入射至对应所述第二光电转换元件的光聚焦；

和/或，所述像素结构还包括：

多个第一滤色器，每一所述第一滤色器相对于每一所述第一光电转换元件设置，其中，多个第一滤色器分为多组第一滤色器组，每一组第一滤色器组包括阵列排布的透射不同颜色的波长分量的四个第一滤色器；

多个第二滤色器，每一所述第二滤色器相对于每一所述第二光电转换元件设置，其中，多个第二滤色器分为多组第二滤色器组，每一组第二滤色器组包括阵列排布的透射不同颜色的波长分量的四个第二滤色器。

8.如权利要求7所述的像素结构，其特征在于，所述像素结构还包括：

虚拟透镜，位于四个所述第一透镜的中心位置，所述虚拟透镜及所述第二透镜填充任意四个所述第一透镜的中心位置。

9.如权利要求4-8中任意一项所述的像素结构，其特征在于，每一所述第一光电转换元件组中的四个第一光电转换元件矩阵设置并形成行方向的间隔区域和列方向的间隔区域；

与每一所述第一光电转换元件组中的各第一光电转换元件连接的第一传输晶体管以一倾斜角度设置于其相应的所述第一光电转换元件的角部，并通过连接线与同一所述第一浮动扩散区及同一所述第一输出电路连接，所述第一输出电路沿每一所述第一光电转换元件组中的行方向和/或列方向的间隔区域设置。

10.如权利要求1所述的像素结构，其特征在于，所述第一光电转换元件分为多个第一光电转换元件组，多个所述第一光电转换元件组阵列排布，每一所述第一光电转换元件组包括相邻行相邻列排布的四个所述第一光电转换元件，每一所述第二光电转换元件设置于相邻行相邻列排布的四个所述第一光电转换元件组的中心位置；

每一所述第一光电转换元件组内的各所述第一光电转换元件分别通过一所述第一传输晶体管耦接至同一所述第一浮动扩散区和同一所述第一输出电路。

11.如权利要求10所述的像素结构，其特征在于，同一所述第一浮动扩散区包括所述第一光电转换元件两两共享的两个共享浮动扩散节点；和/或，同一所述第一输出电路包括四个所述第一光电转换元件共享的共享输出电路。

12.如权利要求10所述的像素结构，其特征在于，所述像素结构包括：

第一透镜，每一所述第一透镜覆盖在所述第一光电转换元件组上，并将入射到所述第一光电转换元件的光聚焦；

第二透镜，每一所述第二透镜覆盖在每一所述第二光电转换元件上，并将入射到所述第二光电转换元件的光聚焦；

和/或，所述像素结构还包括：

多个第一滤色器，每一所述第一滤色器相对于每一所述第一光电转换元件组设置，其中，多个第一滤色器分为多组第一滤色器组，每一组第一滤色器组包括阵列排布的透射不同颜色的波长分量的四个第一滤色器；

多个第二滤色器，每一所述第二滤色器相对于每一所述第二光电转换元件设置，其中，多个第二滤色器分为多组第二滤色器组，每一组第二滤色器组包括阵列排布的透射不同颜色的波长分量的四个第二滤色器。

13.如权利要求10-12任一项所述的像素结构，其特征在于，每一所述第一光电转换元件组中的四个第一光电转换元件矩阵设置并形成行方向的间隔区域和列方向的间隔区域，与每一所述第一光电转换元件组中的各第一光电转换元件连接的第一传输晶体管以一倾斜角度设置于其相应的所述第一光电转换元件的角部围成一开口，并通过连接线与同一所述第一浮动扩散区及同一所述第一输出电路连接，所述第一输出电路沿每一所述第一光电转换元件组中的行方向和/或列方向的间隔区域设置。

14.如权利要求1所述的像素结构，其特征在于，所述第一光电转换元件分为多个第一光电转换元件组，多个第一光电转换元件组呈阵列排布，每一所述第一光电转换元件组包括两列相邻排布的两个第一光电转换元件，每一所述第二光电转换元件设置于相邻行相邻列排布的四个所述第一光电转换元件组的中心位置，且相邻两列所述第二光电转换元件之间设置有相邻两列的所述第一光电转换元件；

每一所述第一光电转换元件组内的各所述第一光电转换元件分别通过一所述第一传输晶体管耦接至同一所述第一浮动扩散区和同一所述第一输出电路。

15.如权利要求14所述的像素结构，其特征在于，同一所述第一浮动扩散区包括两个所述第一光电转换元件两两共享的共享浮动扩散节点；和/或，同一所述第一输出电路包括两个所述第一光电转换元件共享的共享输出电路。

16.如权利要求14所述的像素结构，其特征在于，所述像素结构包括：

第一透镜，每一所述第一透镜覆盖在每一所述第一光电转换元件上，并将入射到所述第一光电转换元件的光聚焦；

第二透镜，每一所述第二透镜覆盖在每一所述第二光电转换元件上，并将入射至所述第二光电转换元件的光聚焦；

和/或，所述像素结构包括：

多个第一滤色器，每一所述第一滤色器相对于每一所述第一光电转换元件设置，其中，多个第一滤色器分为多组第一滤色器组，每一组所述第一滤色器组包括阵列排布的透射不同颜色的波长分量的四个第一滤色器；

多个第二滤色器，每一所述第二滤色器相对于每一所述第二光电转换元件设置，多个第二滤色器分为多组第二滤色器组，其中，每一组所述第二滤色器组包括阵列排布的透射不同颜色的波长分量的四个第二滤色器，或者，包括阵列排布的透射不同颜色的波长分量的八个第二滤色器。

17.如权利要求14-16中任意一项所述的像素结构，其特征在于，每一第一光电转换元件组中的两个第一光电转换元件沿列方向排布形成行方向的间隔区域，相邻两组第一光电转换元件组沿行方向排布形成列方向的间隔区域；

与每一所述第一光电转换元件组中的各第一光电转换元件连接的第一传输晶体管以一倾斜角度设置于其相应的所述第一光电转换元件的角部，并通过连接线与同一所述第一浮动扩散区及同一所述第一输出电路连接，每一所述输出电路沿每一所述第一光电转换元件组中的行方向的间隔区域和/或对应的相邻两组第一光电转换元件组的列方向的间隔区域设置。

18.一种图像传感器，其特征在于，包括如权利要求1-17中任一项所述的像素结构。

19.一种电子设备，其特征在于，包括如权利要求18所述的图像传感器。

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